摘要：复杂的绝缘系统是CFETR极向场线圈的重要组成部分之一,为了获得线圈绝缘系统的低温疲劳性能,参考已有线圈绝缘结构,设计了一种“3×3”堆叠形式的绝缘测试试样和低温疲劳测试辅助夹具,并进行了绝缘试样低温疲劳性能测试和疲劳测试后绝缘试样的电学性能完整性的实验研究。结果表明:绝缘试样能够承受77 K温度下30000次疲劳载荷(-73~-730 kN,4 Hz),且疲劳测试后试样绝缘的电学性能仍具有完整性。所设计的线圈绝缘试样低温疲劳性能满足CFETR设计要求,对未来超导线圈绝缘的工程应用具有重要的参考意义。

摘要：基于中国聚变工程实验堆(Chinese Fusion Engineering Testing Reactor,CFETR)提出了一种新型氦冷固态氚增殖包层设计方案。以托卡马克中平面上一块外包层模块为例,系统介绍了该包层概念设计。基于工程流体力学理论,对包层模块内冷却剂的流动特性进行了理论求解。同时采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件CFX,对包层模块流体域和固体域进行耦合传热分析,求解得到冷却剂的流动特性和理论计算难以求解的固体域温度场分布。计算结果表明:理论计算与模拟结果吻合程度良好,冷却剂在包层内总压降为243 k Pa,总温升为194.6°C,运行在合理区间;包层各结构材料在正常运行工况下的温度可以满足材料的最高温度限制要求,为该包层方案的进一步结构优化和安全分析提供参考。

摘要：中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)是中国自主设计研发的全超导托卡马克装置,其目的是解决国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)和聚变示范堆(DEMO)之间的物理与工程技术问题。诊断窗口是CFETR装置中一个关键部件,通过其内部安放的诊断系统可实现装置运行参数监测及反馈控制。由于诊断窗口靠近等离子体区域,电磁工况发生时在部件上感应产生的巨大电磁载荷将影响装置的结构稳定性。为了研究不同电磁工况时赤道面中窗口(Equatorial Diagnostic Port Plug,EDPP)上产生的电磁载荷,首先,根据CFETR诊断系统要求,完成了EDPP的概念设计;然后,利用商用有限元分析软件ANSYS,完成了10 MA等离子体在线性和指数两种工况下的电磁载荷评估。此外,还探讨了EDPP整体式和分布式两种方案设计对电磁载荷分布的影响。结果表明:整体式和分布式模型上产生的最大应力均小于10 MPa,满足设计要求。两种方案设计均表现出线性破裂产生的电磁载荷大于指数破裂。

摘要：增殖包层作为中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)的核心部件,承载着能量转换和氚增殖的重要作用。中国科学院等离子体物理研究所在之前增殖包层设计的基础上,又提出了氦冷陶瓷增殖(Helium Cooled Ceramic Breeder,HCCB)包层的概念设计。为评估电磁载荷对HCCB包层结构安全性的影响,借助通用有限元软件ANSYS,研究计算了在等离子体主破裂时包层中产生的感应涡流、洛伦兹力和力矩。通过多物理场耦合分析方法,获取了包层中产生的等效应力和形变位移。结果表明,在等离子体电流指数衰减时,HCCB包层模型上产生的最大等效应力和形变位移满足包层结构设计的要求,同时模拟分析结果也为未来的包层结构优化以及支撑结构设计提供了必要的数据支撑。

摘要：探究RAFM钢作为偏滤器靶板热沉的替换材料,验证其在3种不同工况下的结构强度并预测其在交变载荷下的疲劳寿命。得出3S_m法则下W/RAFM钢偏滤器靶板最大可承受热负荷为8MW·m^(-2)。结合中国聚变工程实验堆(CFETR)的设计目标,如果以ITER偏滤器两年运行周期为设计准则,最大承受热负荷为7MW·m^(-2)。考虑到偏滤器靶板区域呈现高热负荷低中子辐照、挡板和DOME板区域低热负荷高中子辐照特性,可以采用W/Cu和W/RAFM双路偏滤器靶板的结构设计。

摘要：由于高压水具有优良的热工水力学性能与成熟的工业基础,水冷陶瓷增殖(WCCB)包层成为中国聚变工程实验堆(CFETR)的一种主要的候选包层.为了研究所设计的WCCB包层内的流场分布与压降,采用三维计算流体动力学(CFD)数值模拟方法研究了WCCB包层全模块内的冷却剂流动.结果表明,在冷却板、分隔板和侧板中质量流量分布较均匀,而第一壁中则较不均匀(不均匀度约为30%).由于冷却板中流道较长及流动方向的频繁改变,最大压降出现在冷却板中.考虑到所设计联箱结构上的复杂性,综合考虑湍流模型对模拟结果的影响是必要的.湍流模型的敏感性研究结果表明,湍流模型对包层模块各部件质量流量分配的影响较小;然而,湍流模型对压降的影响是显著的.另外,由于第一壁流场分布得不均匀,有必要对现有包层模块的设计进行优化.

摘要：及时抽除进入内真空室的中性粒子,达到等离子放电所需的真空度,对于维持中国聚变工程实验堆(CFETR)的稳定运行至关重要。本文针对CFETR内真空室粒子负载和抽气性能要求,设计了一种实验堆专用4. 5 K大抽速低温冷凝泵。通过计算冷凝泵在偏滤器开口处的有效抽速,确定了冷凝面积。通过对低温板和热屏蔽罩稳态运行时的热负荷计算,模拟了低温板表面的温度场分布,验证了所设计冷凝泵的可行性。最后根据内真空室的抽气特性,确立了低温冷凝泵机组的总体布局和运行方案。4.5 K大抽速低温冷凝泵的设计为后续实验堆的研发设计提供了理论依据和技术支持。

摘要：在中国聚变工程实验堆(CFETR)集成设计平台(CIDP)的设计框架中,基于参数化模型开发了能够高效开展内冷屏设计优化的工作流程。通过OPTIMUS软件驱动CATIA、ANSYS等CAD/CAE软件进行自动建模及有限元分析,利用响应面模型、敏感度分析等方法确定与优化目标关系密切的参数,该流程根据内冷屏的参数化模型的几何参数驱动优化流程得到满足设计判据的优化设计参数。在应用示例中,考虑到等离子体破裂工况下冷屏的安全运行要求,在电磁-结构分析得到的应力满足设计判据的前提下,通过优化几何参数使内冷屏的质量最小,从而降低建造成本、提高经济性。

摘要：根据中国聚变工程实验堆(CFETR)堆芯真空室的尺寸、偏滤器工作气压及抽气要求,模拟计算出低温泵在偏滤器口对燃料粒子的有效抽速约43 m^3/s,运用粒子平衡法计算出堆芯真空抽气所需的低温泵的数量,并验证了氦灰抽除的可行性和分析了低温泵对氚滞留的情况。通过计算堆芯真空室抽极限真空所需要的抽速和前级抽气系统的平均有效抽速,初步设计了维持泵的数量和预抽气的前级泵组。CFETR堆芯真空抽气的初步设计为后续真空系统的工程设计及建造提供了理论依据。

摘要：根据中国固态增殖剂试验包层氦气冷却系统的系统设计和布置情况,利用大型一维流体仿真软件Flowmaster建立了氦气冷却系统的仿真模型。利用该仿真模型,模拟了氦冷系统在产氚包层系统不同工况下氦气流动情况以及各种参数的分布情况,得到了热等待工况、热备用工况、正常运行工况和除氚工况下系统的主要工艺点的温度、压力和流速分布等相关参数,为系统的设计和设备选型提供参考。同时,该仿真模型和结果对中国聚变工程实验堆氦冷系统的仿真模拟具有一定的参考意义。